时空是量子信息的存储器

最近偶然读到一篇刊载于The Conversation上面的科技新闻,题目是“Information could be a fundamental part of the universe – and may explain dark energy and dark matter”,即《信息可能是宇宙的基本组成部分——并可能解释暗能量和暗物质》,这篇文章是荷兰莱顿大学助理教授Florian Neukart撰写的,他也是所谓的“量子记忆矩阵”(quantum memory matrix, 或QMM)理论的主要提出者。作者提出QMM模型的动机是为了解决黑洞信息悖论,但作者大胆推测,这个理论不仅可以解决黑洞信息丢失问题,而且可以统一量子力学和引力理论,并有望解决暗能量和暗物质的问题。看到这样一个“万能”模型,我总会怀疑它是否是另一个弦论的翻版。然而,作者们不仅仅提出了理论,而且给出了在观测上可能的验证,比如引力波、暗物质和宇宙微波背景的观测证据等。

其实QMM模型和我2018年发表的一篇题为《基于圣经的对暗能量的理解》的设想不谋而合。当时我设想,如果上帝要保存这个宇宙演化的信息,就像用移动硬盘存储电影一样,那么暗能量很可能是存储宇宙信息的媒介。由于暗能量驱动了时空的膨胀,所以我们也可以说时空就是存储宇宙信息的媒介,这个就是QMM理论的基本思想。虽然我当时提出这个想法纯粹是想从圣经的角度来理解这个宇宙中最神秘的存在——暗能量,但是这样的想法居然得到了当代理论物理学家最新理论的支持。这样一个理论的神学根基在于上帝如果要审判这个世界并且恢复或者更新原初的被造世界,那么祂就需要保存宇宙的信息,而普朗克尺度的格点化时空刚好可以作为这样的媒介。

当然,你可以说上帝为什么需要物质宇宙来存储信息呢?难道祂不是全能的吗?祂不是拥有绝对完美的记忆吗?我的回答是,虽然上帝是全能的,但是祂通常借助媒介来达成祂自己的目的。而且,正统神学认为上帝是不变的,因而祂的知识也应该是不变的,宇宙中没有任何事情可以让上帝惊讶。所以,上帝之所以存储信息在时空中,其实更多是为了将来创造新天新地,因为信息可以克服热力学第二定律,信息可以使得时空反演,这也是QMM理论解释黑洞信息悖论的思路,即量子态被存储在时空记忆单元,在霍金辐射阶段又转化为辐射信息。如此看来,耶稣让拉撒路复活是不是可以理解为祂利用了时空中存储的一部分信息反演了拉撒路的量子态呢?

在QMM理论中,信息写入时空是通过局域相互作用把场的态纠缠到记忆元,信息擦除可以视为是记忆元转移/扩散到别的自由度,比如辐射、引力波、环境等。QMM还认为信息的“有效压力/应力”或时空微结构的“信息响应”可能表现为额外引力效应,在观测上类似暗物质所产生的效应。因此,QMM理论似乎正在将宇宙作为量子计算机的这样一种设想变成现实。如果是这样,那么我们理应询问宇宙为什么是一个信息处理器?是谁创造了这样一个量子计算机?我想基督教神学已经对这个问题有了非常明确的答案。

因此,我们千万不要以为圣经只是一本古老的关于伦理和信仰的书,它是一本关于整个宇宙真相的书,它反映了上帝创造的智慧。这本书理应成为我们人生的指南和认识宇宙的路标,而信息这样一个基本概念一直不断地出现在圣经中,从创世记第一章神用祂的话语创造宇宙开始,到新约中约翰说耶稣就是上帝起初创造宇宙的话语,我们无处不看到上帝话语带来的创造和救赎的能力。所以,研究宇宙一定会让我们更深认识上帝的创造和祂的本性,并加深对将来的新宇宙真实的盼望。

基于圣经的对暗能量的理解

在上一片博文里面,我探讨了圣经对暗物质的暗示,并提出暗物质就是灵界的假设。虽然,我们可以继续用灵界来解释暗能量,但是这种用本来具有神秘感的灵界来解释一切有待解释的自然界现象并非一个好的科学理论。我们需要从独特的圣经科学的释经角度来理解暗能量这个与暗物质相对独立的存在。

我们首先来看暗能量存在的科学证据。早在爱因斯坦提出他的广义相对论的时候,他就提出用宇宙学常数来产生一个稳恒态宇宙模型。但是紧接着,比利时神父乔治-勒梅特以及其他几个宇宙学家发现这种宇宙学模型是不稳定的,也就是说宇宙要么在膨胀要么坍缩,不可能永恒存在。后来埃德温-哈勃发现星系的退行速度和它们的距离成正比,也就是说,空间在膨胀。那么,通过时间反演,宇宙应该诞生于一个非常致密的奇点,由此也就诞生了大爆炸宇宙学。上个世纪60年代,Arno Penzias和Robert Woodrow Wilson进一步发现了宇宙诞生之初所产生的微波背景辐射,对这个背景辐射的观测使得我们可以知道宇宙早期的演化,并进而确认了含宇宙学常数项的标准宇宙学模型。当然,宇宙加速膨胀的证据不仅来自CMB,还来自于对超新星的观测,重子声学震荡以及星系团的丰度分布等。虽然标准宇宙学已经得到了很多观测的证实,但是人们对于占宇宙能量69%的暗能量或者宇宙学常数知之甚少。最近,一批美国科学家甚至认为,大统一理论的最佳候选理论,超弦理论,与标准宇宙学并不相融,该理论所预言的物理理论“湿地”(Swampland)更倾向于一个随时间变化的暗能量模型,也就是宇宙学常数不是常数,而是一个随时间变化的标量场。当宇宙密度高的时候,该标量场产生吸引力,当物质密度低的时候产生排斥力,进而产生了宇宙加速膨胀。这样一种暗能量,也被称为“鬼能量”(Phantom energy),而且这种鬼能量会导致未来的宇宙超速膨胀,以至于宇宙中任何两个原子或者任何作用力或物质都将不再存在。所以,虽然宇宙加速膨胀的发现已经有几十年的时间,但是理论物理学家对暗能量的本质是什么仍然各执一词。

那么,我们能否从圣经这个上帝的特殊启示中寻找关于暗能量的启示的线索呢?幸运的是,当我最早学习宇宙学的时候就接触到Hugh Ross所创办的Reason To Believe机构的关于科学和信仰的资讯。他认为圣经早已启示了宇宙膨胀,我们可以从相关经文得出答案。比如“ 他 独 自 铺 张 苍 天 , 步 行 在 海 浪 之 上 。”(约伯记9:8)“神 坐 在 地 球 大 圈 之 上 ; 地 上 的 居 民 好 像 蝗 虫 。 他 铺 张 穹 苍 如 幔 子 , 展 开 诸 天 如 可 住 的 帐 棚 。”(以赛亚书40:22)“创 造 诸 天 , 铺 张 穹 苍 , 将 地 和 地 所 出 的 一 并 铺 开 , 赐 气 息 给 地 上 的 众 人 , 又 赐 灵 性 给 行 在 其 上 之 人 的 神 耶 和 华 ”(以赛亚书42:5)“从 你 出 胎 , 造 就 你 的 救 赎 主 ─ 耶 和 华 如 此 说 : 我 ─ 耶 和 华 是 创 造 万 物 的 , 是 独 自 铺 张 诸 天 、 铺 开 大 地 的 。 谁 与 我 同 在 呢 ?”(以赛亚书44:24)“耶 和 华 用 能 力 创 造 大 地 , 用 智 慧 建 立 世 界 , 用 聪 明 铺 张 穹 苍 。”(耶利米书10:12)“耶 和 华 论 以 色 列 的 默 示 。 铺 张 诸 天 、 建 立 地 基 、 造 人 里 面 之 灵 的 耶 和 华 说”(撒迦利亚12:1)(参http://www.reasons.org/explore/blogs/todays-new-reason-to-believe/read/tnrtb/2010/03/29/confirming-cosmic-expansion-part-1-(of-4))由这些经文,我们可以知道上帝创造宇宙的过程是一个不断展开或者“铺开”的过程,就像铺被子一样。然而,这些经文并没有预言宇宙的加速膨胀,它们似乎只是告诉我们宇宙在膨胀。所以,这些经文似乎并没有启示暗能量到底是什么。

为了寻找突破,我们需要进一步思想暗能量的本质。按照标准宇宙学理论,暗能量和其他能量或物质的不同点在于它不符合通常意义上的能量守恒,因为它是一个常数,而且不随空间改变,非局域。所以宇宙越膨胀,暗能量越大。而且暗能量在早期宇宙的演化中并不占主导地位,只是在最近几亿年的演化中开始占主导地位。这似乎与人类存在的时间尺度有关,如果暗能量不存在,宇宙很可能迅速收缩,以至于银河系乃至太阳系无法形成并演化成现在的样子。所以,上帝需要用暗能量创造一个分布相对松散的宇宙,这样有利于生命的形成。这可以从星系团的例子中找到证据。我们为什么生活在一颗孤立的恒星,太阳,周围,而不是一个双星或者在一个星团里,就像中国神话里的后羿射日里的十个太阳。原因在于临近恒星会对行星的宿主恒星和行星本身产生强烈的扰动,导致行星轨道的不稳定性,从而不适合生命的繁衍。这种原理同样适用于银河系,如果银河系与其他星系太近会导致银河系内的恒星受到强烈的动力学扰动,从而导致恒星轨道的不稳定性,不适合生命的繁衍。于是,我们知道上帝为什么需要暗能量,而且所需要的暗能量不多也不少,就是所谓的精细调节问题。然而,我们仍然不知道暗能量是什么?

不过,我们至少知道这暗能量是由上帝的话语造成的,这话语也被理解为信息。所以,暗能量如同暗物质肯定与上帝在创世之初所说的话语有关。如果暗能量密度或者宇宙常数是恒定不变的,宇宙常数的不变性和光速的不变性以及物理规律的恒常性一样,是对上帝不变性的模拟。然而,最近的超弦理论似乎与恒常的宇宙学常数不符,这要么说明超弦理论有问题,要么说明宇宙常数(或者暗能量密度)是可变的。但我们看到很多物理理论的恒常性,它们不随时间和空间而变化。所以,我们有理由相信暗能量如果存在,它的密度很可能是恒常的,如同其他物理常数一样。这样我们只剩下两个选择,要么超弦理论是错的,要么暗能量不存在。然而,超弦理论的产生乃是为了调和广义相对论和量子力学的表面矛盾,而且该理论认为物质和能量的本质是一些极小的弦,唯有这些弦是本质的,其他的存在诸如能量和物质都是非本质的存在。据我看来,超弦理论更像是一个由广义相对论和量子理论拼凑起来的理论,因为它并没有像广义相对论一样让我们看到更深刻的物理本质,比如惯性质量和引力质量相等或者加速参考系中物理定律不变。广义相对论的根基是非常基本的物理直觉,而超弦理论的根基并不是那么直观。而且圣经中从来没有启示这个宇宙中最基本的存在是“弦”。

如果超弦理论的“湿地”学说是正确的,暗能量很可能是不存在的或者是可变的。如果暗能量不存在,我们需要解释为什么我们在宇宙微波背景辐射和超新星的红移中看到宇宙加速膨胀的证据。综合这些考虑和上一篇博文的探讨,我认为暗能量是重子物质和暗物质所产生的信息。物质的信息对应于物质的微观量子态,而物质的微观量子态是在不断随时间变化的。所以,物质所产生的信息是四维的,包括空间和时间,而且是随时间不断增长的。这些信息都以暗能量的形式被存储在这个宇宙当中,而暗能量反过来以引力的形式来影响宇宙的演化,所以,暗能量和物质是耦合在一起的。这就是为什么我们在创世记中看到上帝用话语创造这个宇宙,但是在圣经其他经文中又看到上帝在铺张这个宇宙的原因。上帝用信息创造了宇宙,而祂输入的初始信息以及可见物质世界和灵性世界所产生的信息都以暗能量的形式存储在宇宙中。于是,宇宙早期的暗能量是微小的,随着物质在空间中展开,物质的量子态开始随时间不断变化,信息以暗能量的形式不断增长,以至于导致了宇宙的加速膨胀。然而由于加速膨胀会导致物质间相互作用变得微弱,将来宇宙的信息总量将会趋于一个常数值,宇宙会停止膨胀并趋于温衡。这样一个宇宙的膨胀曲线可以进而限制暗能量的状态方程,进而区分“鬼能量”模型和其他暗能量模型。

于是,综合这篇文章和之前的一篇博文,圣经似乎告诉我们这个宇宙不仅是物质的,更是信息的,物质宇宙包含了可见的世界和不可见的灵性世界,前者由重子物质构成,后者由暗物质构成,这两个世界产生的信息以暗能量的形式被存储起来并且影响整个宇宙的演化。无论是暗物质,可见物质还是暗能量都通过引力这样一个神秘的作用力联系在一起。如果引力是一种微观信息,我们就不难理解暗能量作为物质宇宙的历史信息会主导整个宇宙的演化。这样一个基于圣经的宇宙学模型可以得到观测的证实。比如超新星标准烛光可以限制宇宙膨胀的曲线,CMB可以限制暗能量与量子信息的转换关系,大尺度结构进一步限制宇宙的膨胀过程。然而,随着引力波宇宙学的不断发展,我们也许会发现引力波如何影响星系红移和超新星测距及CMB,并进一步限制宇宙膨胀的历史。

这样一个圣经宇宙学模型让我们对这个宇宙有深刻的洞见。首先,这个宇宙是可见的,也是不可见的,我们可以感知两个宇宙的存在,并隐约看到新天新地是如何被造的。因为暗能量所存储的信息可以用来反演这个物理世界,进而用于审判这个世界和创造一个被信息掌控的新的世界。由于信息可以用于克服熵增,所以,暗能量是创造新的世界的基本要素。其次,这个宇宙的信息本质让我们看到物质,空间,能量,和时间都是信息的,这样它们之间都是联系在一起的,甚至是可以互相转换的。这和爱因斯坦所发现的质能方程异曲同工,也是大统一理论的一个新的发展方向。最后,我们知道这个世界被造的目的乃是为了上帝的荣耀,因为祂把所有圣经所启示的被造物放在这一个宇宙中。而所有的被造都是信息,其源头也是信息,所以,印证了祂用话语创造和护理的启示。我想,以下这些圣经经文是对圣经宇宙学最好的诠释。

他 是 神 荣 耀 所 发 的 光 辉 , 是 神 本 体 的 真 像 , 常 用 他 权 能 的 命 令 托 住 万 有 。 他 洗 净 了 人 的 罪 , 就 坐 在 高 天 至 大 者 的 右 边 。(希伯来书1:3)

神 说 : 要 有 光 , 就 有 了 光 。(创世记1:3)

因 为 他 说 有 , 就 有 , 命 立 , 就 立 。(诗篇33:9)

他 们 故 意 忘 记 , 从 太 古 , 凭 神 的 命 有 了 天 , 并 从 水 而 出 、 藉 水 而 成 的 地 。故 此,当 时 的 世 界 被 水 淹 没 就 消 灭 了 。但 现 在 的 天 地 还 是 凭 着 那 命 存 留 , 直 留 到 不 敬 虔 之 人 受 审 判 遭 沉 沦 的 日 子 , 用 火 焚 烧 。(彼得后书3:5-7)

基于圣经的对暗物质的理解

当今理论物理和宇宙学最重要的课题是“两暗一黑”,就是暗物质和暗能量以及黑洞。我们从星系的退行,星系的旋转曲线以及超新星所揭示的宇宙加速膨胀知道宇宙中大多数物质是不可见的,或者是不和可见的重子物质发生作用的。这些物质大概占了宇宙中23%的能量,而宇宙中另外72%的能量是所谓的暗能量,就是爱因斯坦引力场论方程里面的宇宙学常数,被认为是真空能量。但是至于什么是暗能量,什么是暗物质,理论物理学家各有说辞,这和上个世纪的光速不变以及紫外灾难一样是当代物理所面临的两大谜团。而另外一个谜团就是我在之前“黑洞,信息,与上帝”一文中所讲的黑洞问题,简而言之,就是黑洞的信息缺失问题,黑洞是研究广义相对论和量子力学最好的天体,因为在黑洞那里,引力场的量子效应变得极为明显,于是成为试验任何大统一理论的极好天体,而另外一个检验大统一理论的就是早期宇宙学,特别是暴涨时期的宇宙学。在这篇博文里,我要探讨圣经里关于暗物质的启示。

既然,我相信上帝启示了两本书,一本是圣经,一本是自然,那么我必然会相信圣经对如此重要的自然界的现象必然会有重要启示或者至少是影射。也许你会说圣经从来没有谈过什么天文学或者宇宙学,但我在这个博客中已经探讨了圣经关于宇宙起源以及这个自然界的种种启示和影射。因为圣经的启示主要是为了人类的救赎,而非人类如何认识自然界,所以我们只能把这种关于自然界的启示作为一种影射或者是暗含于圣经经文里的意义来解读。既然暗物质是如此重要,那么圣经中唯一一个与此对应的并且广泛启示的重要概念就是灵界。正如暗物质是不可见的,灵界也是不可见的,“原 来 我 们 不 是 顾 念 所 见 的 , 乃 是 顾 念 所 不 见 的 ; 因 为 所 见 的 是 暂 时 的 , 所 不 见 的 是 永 远 的 。”(林后4:18)正如暗物质不和重子或可见物质发生作用,灵界与物质界也通常不发生作用,这是显然的,因为我们用肉眼没有看到灵界。但是暗物质却可以产生引力效应,这也正是我们知道有暗物质存在的证据来源。

那么圣经有没有启示灵界是可以产生引力或者其他效应的呢?圣经显然没有用“引力”这个牛顿力学的概念来启示灵界,但是圣经却用比引力更深刻的概念来描述灵界。在保罗写给哥林多教会的书信中,他说,“我 想 神 把 我 们 使 徒 明 明 列 在 末 後 , 好 像 定 死 罪 的 囚 犯 ; 因 为 我 们 成 了 一 台戏 , 给 世 人 和 天 使 观 看。”(林前4:9)所以,我们在物质世界的所作所为,灵界是知道的。那么灵界里的天使是如何获取物质界的“信息”的呢?如果灵界等同于暗物质,那么灵界无疑是通过引力来获取物质界的信息的。而且这种信息不仅被获取,很有可能也被储存在灵界,“因 为 我 们 众 人 必 要 在 基 督 台 前 显 露 出 来 , 叫 各 人 按 着 本 身 所 行 的 , 或 善 或 恶 受 报 。”(林前5:10)因为基督要来审判这个世界,所以祂需要存储这个世界的信息,就像法官需要收集证据一样。虽然基督可以直接让人回忆起他自己所做的一切,但是我想这种回忆需要某种媒介,就像我们有时候需要照片和视频来回忆过去一样。不仅如此,我们的大脑只能模糊地有选择性地记忆过去,而上帝所需要的证据是确凿的,或者需要高保真的证据,于是需要灵性世界来存储整个物质世界所产生的信息。这也和我在之前所提出的物质世界是计算机模拟的概念相吻合。于是,我们应该把引力理解为信息,这也正符合当今流行的“涌现引力”的新物理学概念。这个理论由一个荷兰理论物理学家倡导,认为引力是从微观量子态涌现出来的一种信息,这种信息产生了一种所谓的“熵力”,就是引力(参看wiki:https://en.wikipedia.org/wiki/Entropic_gravity)。虽然这个理论的提出是为了解释暗物质的存在,但是这个理论所提出的概念却是更本质的。无论暗物质是否可以被解释为涌现的信息,引力是信息这样一个革命性的概念应该得到足够重视。如果这个理论是可取的,我们就可以明白为什么天使可以*观看*物质界,因为物质界的所有量子态都可以通过所它所涌现的“引力”传递给灵界并且存储在灵界当中。这并不违反能量守恒或者信息守恒,因为信息只是在灵界和物质界之间转换。

也许有人会说,那么物质界为什么不能“看到”灵界,而灵界可以“看到”物质界呢?这种信息不对称性是怎么回事呢?那是因为物质界或者重子物质的特性限制了它吸收信息的能力。重子物质就像这个宇宙的CPU,它是用来处理信息和模拟灵性世界的,而灵性世界或者暗物质就像硬盘是为了存储这个物质世界所处理和产生的信息。当然,圣经也启示了另外一种奇妙的现象,就是物质世界可以通过某种方式窥探灵性世界。“以 利 沙 祷 告 说 : 耶 和 华 啊 , 求 你 开 这 少 年 人 的 眼 目 , 使 他 能 看 见 。 耶 和 华 开 他 的 眼 目 , 他 就 看 见 满 山 有 火 车 火 马 围 绕 以 利 沙 。”(列王记下6:17)在这里先知其实是让我们提前看到了将来上帝所创造的新天新地的场景,因为在那里,物质界和灵界成为一体,就像耶稣复活的身体既是物质的,也是灵性的。圣经说,“岂 不 知 我 们 要 审 判 天 使 麽 ? 何 况 今 生 的 事 呢 ?”(林前6:3)如果我们复活后的身体不能感知灵界,我们怎么审判天使呢?所以在基督第二次降临之后,物质界和灵界必然融为一体。

而且这个灵界等同于暗物质的理论是可以通过试验加以验证的。我们知道灵界可以产生引力或者信息,所以,我们需要探测的是灵界的致密实体所产生的引力。如今,我们已经可以通过引力波干涉仪来探测引力波,所以,我们是可以探测到暗物质或者灵界所产生的引力波的,当然我们的探测仪必须能够区分引力波的方向和来源。如果暗物质可以产生引力波,那么必然表明暗物质是可以产生致密天体的,这也符合圣经对灵界的描述,因为灵界里有天使,也有天使所居住的地方。另外一个更容易的方法是通过重力仪来探测周围的宏观暗物质体或者对应于灵界的被造物。但是我们需要理想的实验条件,排除一切重子物质环境的干扰,来探测这种灵界的宏观实体。其实现代天文学已经可以通过引力透镜的方式来检验暗物质天体或者叫MACHO的存在和分布。但是因为我们对灵界的宇观结构尚不明确,我们不能够认为灵界的天体大小结构和重子物质天体的是一样的。也许灵界的构造更加均匀,灵界物质之间的作用力范围更大,所以我们需要在各个尺度上探测灵界的结构,这也和星系的旋转曲线以及星系团的密度分布直接相关。

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耶稣在海面上行走,由Amédée Varint所绘

这样,我们在这个宇宙就可以感知两个世界的存在,然而我们对灵性世界似乎只能通过那神秘的引力来感知。不过圣经告诉我们,我们需要信心来“看见”那不可见的,这是另外一个话题。我们可以稍微引用一节圣经经文来窥见信心所带来的第六感知。“门 徒 看 见 他(耶稣) 在 海 面 上 走 , 就 惊 慌 了 , 说 : 是 个 鬼 怪 ! 便 害 怕 , 喊 叫 起 来 。”(太14:26)这节经文让我们看到在将来物质和灵性融为一体的世界,引力或者信息是可以被宏观实体驾驭的,因为耶稣所行的神迹要么是对这个世界被造过程的模拟,要么是对将来复活世界的模拟,正如C.S.Lewis在他的《神迹》一书中所言。这节经文接下来的故事更加引人入胜,“彼 得 说 : 主 , 如 果 是 你 , 请 叫 我 从 水 面 上 走 到 你 那 里 去 。耶 稣 说 : 你 来罢 。 彼 得 就 从 船 上 下 去 , 在 水 面 上 走 , 要 到 耶 稣 那 里 去 ;只 因 见 风 甚 大 , 就 害 怕 , 将 要 沉 下 去 , 便 喊 着 说 : 主 阿 , 救 我 !耶 稣 赶 紧 伸 手 拉 住 他 , 说 : 你 这 小 信 的 人 哪 , 为 甚 麽 疑 惑 呢 ? 他 们 上 了 船 , 风 就 住 了 。 在 船 上 的 人 都 拜 他 , 说 : 你 真 是 神 的 儿 子 了 。”(太14:28-33)从这节经文,我们看出彼得凭着信心是可以在海面上走的,因为耶稣说他下沉的原因是因为没有信心。所以,我们在此窥见信心是驾驭引力或者微观量子态的必需条件。为什么信心有如此神秘的能量呢?因为信心所指向的是那个创造宇宙的信息源头,就是圣子上帝。祂创造了这个有规律可循的宇宙来突显信心的超凡脱俗,祂创造了一个个罪人,来突显十字架救赎的神圣之爱,祂创造了两个世界,都是为了指向祂自己,“因 为 万 有 都 是 本 於 他 , 倚 靠 他 , 归 於 他 。 愿 荣 耀 归 给 他 , 直 到 永 远 。 ”(罗11:36),也唯有信心使得人可以真正的凡事本于他, 依靠他,并且归于他,最终荣耀三位一体的上帝。

 

 

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